工程热力学

01 基本概念

思考题

1-1 闭口系与外界无质量交换，如果一个系统内质量保持恒定，那么能否说明这个系统一定为闭口系？

答：如果一个系统内质量保持恒定，但有质量进入并离开系统，说明该系统与外界有质量交换，则该系统也不能称为闭口系统。

1-2 如图容器为刚性绝热容器，抽去隔板，重又平衡，该过程是否为准静态过程？逐个抽去隔板，又如何？

答：如果抽去该系统的隔板，这是一个自由膨胀问题，是一个典型的不可逆过程，也是

非准静态过程。而逐个抽去隔板后，如果隔板足够多，则是一个准静态过程。

1-3 如果容器中气体的压力保持不变，那么压力表上的读数也一定保持不变，是否正确？

答：容器内气体的压力保持不变，但如果容器所处的环境压力发生变化的话，则压力表上的读数会发生变化。

1-4 试判断下列过程是否为可逆过程：

（1）对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发；

（2）对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发；

（3）对刚性容器中的空气缓慢加热使其从50℃升温到100℃；

（4）定质量的空气在无摩擦、不导热的气缸和活塞中被慢慢压缩；

（5）100℃的蒸汽流与25℃的水流绝热混合；

（6）锅炉中的水蒸汽定压发生过程（温度、压力保持不变）；

（7）高压气体突然膨胀至低压；

（8）摩托车发动机气缸中的热燃气随活塞迅速移动而膨胀；

（9）气缸中充有水，水上面有无摩擦的活塞，缓慢地对水加热使之蒸发；

答：（1）不是（2）不是（3）不是，（4）是（5）不是（6）不是（7）不是（8）不是（9）是

02 理想气体的性质

思考题

2-1 什么是理想气体？理想气体的适用条件是什么？

答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。

判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如气体的密度是否足够小）

估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度，若为理想气体则可使用理想气体的公式。

2-2 如果某种工质的状态方程式为g pv R T =，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？

答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度函数。

2-3 迈耶公式p v g c c R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际气体？

答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。

2-5 气体热力性质表中的u 、h 及0s 的基准是什么状态？

答：标准状态

2-6 混合气体中如果已知两种组分A 和B 的摩尔分数A B x x >，能否断定质量分数也是A B w w >？ 答：因为eq

A A A M x w M =，eq

B B B M x w M =，混合气体的折合摩尔质量相同，但是组分A

和B 摩尔的摩尔质量大小关系不能确定，所以不能断定A B w w >。

03 热力学第一定律

思 考 题

3-1 热力学第一定律的实质是什么？

答：热力学第一定律的实质是能量守恒与转换原理在热现象中的应用，它确定了热力过程中热力系统与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。

3-2热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：q u w =?+和21q u pdv =?+

?。两式的适用范围有何不同？

答：q u w =?+适用于任何过程，任何工质；2

1q u pdv =?+?适用于可逆过程，任何

工质。

3-3 工质进行膨胀时是否必须对工质加热？工质吸热后热力学能是否一定增加？对工质加热其温度反而降低是否有可能？

答：由闭口系统热力学第一定律关系式：Q U W =?+，规定吸热0Q >，对外做功

0W >。

（1）不一定；工质对外做功，0W >，由于可以使0U ?<，因此可能出现0Q <，即对外放热；（2）不一定；工质吸热，0Q >，由于可以使0W >，即工质对外做功，因此

可能出现0U ?<，即工质热力学能减小；（3）可能；对工质加热，0Q >，由于可以使0W >，

即工质对外做功，因此可能出现0U ?<，对于理想气体，其内能仅为温度的单值函数，因此对于理想气体来说温度可能降低。

3-4 膨胀功、推动功、轴功和技术功四者之间有何联系和区别？

答：膨胀功（w ）是工质体积变化产生的功，是基本功。推动功（pv ）是工质在流动过程中所传递的功。膨胀功和推动功的代数和为技术功（t w ）,它是工程上可以利用的功量。轴功（s w ）是指从机器轴端输出的有用功，它等于技术功与流动工质的动、位能变化量的代数和，即212

t s w c g z w =?+?+。 3-5 为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？ 答：推动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统做出的。对于闭口系统，不存在工质的流进（出），所以不存在这样进行传递的功。

3-6 什么是焓？它的物理意义是什么？为什么说它是工质的状态参数？

答：工质在流经一个开口系统时，进入（或带出）系统的能量除工质本身具有的热力学能，还有在开口系统中工质流动而传递的推动功，我们就把这些工质流经一个开口系统时的能量总和叫做焓，H U pV =+。焓的变化等于闭口系统在定压过程中与外界交换的热量。在任一平衡状态下，,,U p V 都有一定的值，因而H 也有一定的值，而与达到这一状态的路径无关，这符合状态参数的基本性质，满足状态参数的定义，因而焓是工质的状态参数。

3-7 如图中过程1-2与过程1-a-2，有相同的初态和终态，试比较两过程的功谁大谁小？热量谁大谁小？热力学能的变化量谁大谁小？

答：两过程中1-a-2的过程功大。两过程的热力学能大小相同，因此根据热力学第一定律可知，过程1-a-2的热量大。

3-8 如图所示，一内壁绝热的容器，中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持高度真空。如果将隔板抽出，容器中空气的热力学能如何变化？为什么？

答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w =?+，其中0,0q w ==，所以容器中空

图3-1 思考题3-7附图

图3-2 思考题3-8附图

气的热力学能不变。

04 理想气体的热力过程

思 考 题

4-1在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？

答：定温过程对气体应加入的热量

2211ln ln V V dV PdV PV

PV RT V V V ω====?? 21ln t V RT V ωω== 21

ln t V q RT V ωω=== 4-2 任何定温过程都有0u ?=，0h ?=吗？对于理想气体如何？

答：不对，对于理想气体成立，因为理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，故定温过程也即定热力学能过程、定焓过程。

05 热力学第二定律

思 考 题

5-1. 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？

答：热能不是不可能全部变成机械能，如定温过程就可以。但想要连续地将热能转变为机械能则是不可能的。

5-2. 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程？

答：这种说法不对。非自发过程需付出代价才能实现，可逆过程则是一种实际上不存在的理想过程，两者之间没有什么关系。

5-3. 请给“不可逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆因素？

答：各种不可逆因素总可以表示为将机械能耗散为热能，例如温差传热。卡诺说：凡是有温差的地方都可以产生动力。因此温差传热使得本可以作出的功没有作出，这就相当于将机械能耗散为热能。凡是最终效果都可以归纳为使机械能耗散为热能的过程都是不可逆过程。热力过程中的不可逆因素有功热转换、有限温差传热、自由膨胀、混合过程、电阻等等。

《工程热力学》(第五版) 配套课件

第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压

工程热力学习题3

1 ?由氧气02与氮气N 2组成的空气 0 2 21%, N2 79%,其中氧气的质量分 0.21 32 i M i i 1 2?由某种x 气体与某种 气体组成的混合气体，参数为 p 、V 、T ,已知其中x 气体的分 压力P x ,分体积V x ,混合气体中x 气体的状态方程 ________________________ 。 A p x V x m x R gx T B P x V mR g T C pV x m x R g x T D PV m x R g x T 题解：混合气体中某一种气体状态的描述，若采用p i 时，对应的是V,T 状态； 若采用V i 时，对应的是p,T ，因此，混合气体中某一种气体状态方程可以有两种 方式表示：P x V m x R gx T, pV x m x R gx T 0 3?刚性容器中有某种理想气体，参数 p 1、V 1、T 1，现定温充入另一种x 气 题解：充入x 气体后，容器中为混合气体，总压力为P 2 P 1 P x ，x 气体的 分压力P x P 2 P 1，混合气体中x 气体的状态方程P x V m x R gx T ， 4. 刚性容器中原有某种理想气体，参数 p 1、V 1、T 1，现定温充入第二种气 02 02 0.21 287 0.21 287 0.79 288 02 02 0.21 32 0.79 28 28 0.21 — 题解：混合气体质量分数与容积分数间 i M i 体，使容器中的压力升到 P 2，充入的气体质量 A m x P 2V R gx T 1 B m x （P 2 P 1）V R gx T 1 C m x （P 2 P 1）V R g T D m m 2 m 1 P 2V R gx T P 1V R g1T m x （P 2 P 1）V R gx T

工程热力学的公式大全

工程热力学公式大全 1.梅耶公式: R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 2.比热比: v p v p v p Mc Mc c c c c ===''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能: 1． 宏观动能: 221mc E k = 2． 重力位能: mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能: 1.p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =221 2.gz c u e ++=22 1 3.U E = 或u e =(没有宏观运动,并且高度为零) 热力学能变化: 1.dT c du v =,?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2.)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用定值比热计算)

3.102000121221t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用平均比热计算) 4.把()T f c v =的经验公式代入?=?2 1dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程(用真实比热公式计算) 5.∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1121 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之与,各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6.?-=?21pdv q u 适用于任何工质,可逆过程。 7.q u =? 适用于任何工质,可逆定容过程 8.?=?21pdv u 适用于任何工质,可逆绝热过程。 9.0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10.W Q U -=? 适用于mkg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程。 11、w q u -=? 适用于1kg 质量工质,开口、闭口,任何工质,可逆、不可逆过程 12、pdv q du -=δ 适用于微元,任何工质可逆过程 13.pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化: 1.pV U H += 适用于m 千克工质 2.pv u h += 适用于1千克工质 3.()T f RT u h =+=

工程热力学论文2

工 程 热 力 学 论 文 姓名： 学号：1011011014 序号：05

太阳能热发电热力分析 摘要：从热力学角度出发，研究了太阳能热气流在集热棚、烟囱及风力透平机组内的能 量转换过程，建立了无能量损失的理想热力过程，以及包含各种能量损失的实际热力过程模型．鉴于太阳能热气流发电站的大尺寸特征，采用了一维假设建立了集热棚内热气流的传热模型，采用龙格一库塔方法对温度方程进行数值求解．最后对一个100研级的太阳能热气流发电站进行了试算．其主要参数为集热棚直径3600m，烟囱高950m，设计功率1001,研．给出了该电站的风力透平轴功率随质量流量和太阳能吸收强度的变化规律，集热棚内的温升曲线，以及风力透平机的设计参数． 关键词：太阳能热发电；集热棚；热力分析；轴功率 现状综诉：太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程中所产生的能量。据测算,太 阳每秒照于地球上的能量相当于500万t煤。可以说,太阳能就是人类“用之不竭”的可再生能源。根据有关预测，21世纪的全球能源结构将发生重大变化，太阳能和其它可再生能源将替代石油和煤炭，逐渐成为世界能源的主角。到2050年，太阳能、风能和生物质能在各种一次能源构成中所占的比例将高达50％，远高于石油（0％或甚微）、天然气（13％）、煤（20％）、核能（10％），水电（5％）和其它（2％）。 太阳能热发电技术是具有较强竞争力的可再生能源发电技术。太阳能集热器把收集到的太阳辐射能发送至接收器产生热空气或热蒸汽，用传统的电力循环来产生电能，发电运行成本低，并可以与化石燃料形成混合发电系统。太阳能热发电无噪音,无污染,无需燃料,不受地域限制,规模大小灵活,故障率低,建站周期短，这些优势都是用其它能源发电所无法比拟的，对中国等太阳能资源丰富的国家来说是一个很大的机遇。 太阳能热发电技术综合性很强，涉及太阳能利用、储能、新型材料技术、高效汽轮机技术和自动控制系统等问题，不少发达国家已投人大量人力和物力。经过近40年的研究，太阳能热力发电装置的单机容量已从千瓦级发展到了兆瓦级，目前世界上已有几十座MW级的太阳能热电站投入运行。许多科学家纷纷预测，至2l世纪初中期，太阳能热发电的电价极有可能降到与化石能源电价相同的水平。我国学者潘垣等(2003)近年来致力于太阳能热气流技术的研究和推广，对我国太阳能资源分布状况、技术及经济性分析进行了广泛的调研，认为在本世纪，大规模太阳能热气流发电技术与核聚变发电技术，．是使我国从根本上摆脱能源资源“瓶颈”约束的两个重要途径。代彦军(2003)对宁夏地区发展太阳能热气流发电技术进行了理论探索。 原理简述： 本文利用理论及数值方法，对太阳能热气流发电技术的理想及实际热力过程进行分析，考虑了风力透平中的能量损失和烟囱流动损失对系统性能的影响。由于太阳能热气流发电系统具有超大几何尺寸，采用一维换热假设对系统内的传热过程进行建模，所建立的方程

【工程热力学讲义大全】

【工程热力学讲义大全】 绪论 问题：本课程是什么？干什么？有什么特点？ 一、能源和动力工程 1、能源：人类赖以生存和发展的物质资源称为能源。人们的衣、 食、住、行，时时处处都离不开能源。从某个角度来讲，人类的发展史就是开发和利用能源的历史。而开发和利用能源的先进程度是社会进步的标志。 2、能源的利用：能源的利用方式可分为两种，一是直接利用，即将 自然界的能源不经过形态转换而利用。如晒太阳、风车、水车等。 自然界现有形态的能源称为一次能源。二是间接利用，将一次能源经过形态转换再利用。如火力发电、发动机等。这样的能源称为二次能源。在能源利用的发展史中，先是一次利用，后来发展二次利用，电能的优点是众所周知的。从节能和环保的观点出发，能源一次利用方式并非落后和将被淘汰，应当发展。 3、动力工程：由热能转换为机械能的装置称为热机，所有热机（蒸 汽机、内燃机、蒸汽动力装置等）称为动力工程。

二、工程热力学 1、主要内容：基本概念；基本理论；基本工质；热力过程；热力循 环。工程热力学是研究热功转换及其规律的科学。早期是随着热机而诞生的，如今应用已很广，包括热机、制冷、空调、化工等众多领域。 2、研究方法：宏观方法（宏观定义、宏观定律、宏观参数）与合理 抽象、简化手段相结合。 3、特点：用少量的宏观基本定律演绎出丰富的内容，具有应用的广 泛性和结论的准确性。 三、几个问题： 1、能量和能源一样吗？ 2、能量守恒吗？什么是节能？如何节能？节能的标准是什么？

第一章 基本概念 工程热力学的概念较多，要注意理解。本章先介绍一些基本概念。 1— 1工质和热力系 一、 工质 1、 定义：实现热功转换的媒介物质。 2、 举例： *工质的物理特性：流体（气体和液体）、大热容、变比容。 *工质可分为两大类，气体和蒸汽。气体工质一般作为理想气体处理。 二、 热力系 1、定义：热力学分析和研究的对象或范围。例： 媒介 热 功 工质

工程热力学的公式大全

5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c = = = ''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 2 2 1mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++=2 21 2．gz c u e ++=22 1 3．U E = 或 u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．10 20 121 2 2 1 t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）

4．把 ()T f c v =的经验公式代入?=?2 1 dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1 1 21 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?2 1pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21 pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程

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5．梅耶公式： R c c v p =- R c c v p 0''ρ=- 0R MR Mc Mc v p ==- 6．比热比： v p v p v p Mc Mc c c c c ===''κ 1-= κκR c v 1 -=κnR c p 外储存能： 1． 宏观动能： 221mc E k = 2． 重力位能： mgz E p = 式中 g —重力加速度。 系统总储存能： 1．p k E E U E ++= 或mgz mc U E ++ =221 2．gz c u e ++=221 3．U E = 或u e =（没有宏观运动，并且高度为零） 热力学能变化： 1．dT c du v =，?=?2 1dT c u v 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程 2．)(12T T c u v -=? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用定值比热计算） 3．102000121221t c t c dt c dt c dt c u t vm t vm t v t v t t v ?-?=-==???? 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用平均比热计算）

4．把()T f c v =的经验公式代入?=?2 1dT c u v 积分。 适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程（用真实比热公式计算） 5．∑∑====+++=n i i i n i i n u m U U U U U 1121Λ 由理想气体组成的混合气体的热力学能等于各组成气体热力学能之和，各组成气体热力学能又可表示为单位质量热力学能与其质量的乘积。 6．?-=?21pdv q u 适用于任何工质，可逆过程。 7．q u =? 适用于任何工质，可逆定容过程 8．?=?21pdv u 适用于任何工质，可逆绝热过程。 9．0=?U 适用于闭口系统任何工质绝热、对外不作功的热力过程等热力学能或理想气体定温过程。 10．W Q U -=? 适用于mkg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程。 11.w q u -=? 适用于1kg 质量工质，开口、闭口，任何工质，可逆、不可逆过程 12.pdv q du -=δ 适用于微元，任何工质可逆过程 13．pv h u ?-?=? 热力学能的变化等于焓的变化与流动功的差值。 焓的变化： 1．pV U H += 适用于m 千克工质 2．pv u h += 适用于1千克工质 3．()T f RT u h =+= 适用于理想气体 4．dT c dh p =，dT c h p ?=?2 1 适用于理想气体的一切热力过程或者实际气体的定压过程

工程热力学

Chapter 1 enthalpy 焓entropy 熵 conservation of energy principle 能量守恒原理 first law of thermodynamics 热力学第一定律 zeroth law of thermodynamics 热力学第零定律 classical thermodynamics 经典热力学 statistical thermodynamics 统计热力学 surroundings 环境 boundary 边界 closed system 闭口系统 control mass 控制质量 isolated system 孤立系统 open system 开口系统 control volume 控制体积 property 参数,性质 intensive properties 强度参数 extensive properties 广延参数 specific properties 比参数 specific volume/weight/heat/enthalpy 比容/比重/比热/比焓thermal equilibrium 热平衡 mechanical equilibrium机械平衡 phase equilibrium 相平衡 chemical equilibrium 化学平衡 state postulate 状态假设 simple compressible system 简单可压缩系统independent 独立的 process 过程 path 路径 quasi-static/quasi-equilibrium process 准平衡过程 work-producing devices 输出功设备 isothermal process 等温过程 isobaric process 等压过程 isochoric/isometric process 等容过程 adiabatic process 绝热过程 steady-flow process 稳流过程 Celsius scale 百分温度标 Fahrenheit scale 华氏温标 thermodynamic temperature scale 热力学温标 absolute temperature 绝对温度 Kelvin scale 开尔文温标 Rankine scale 兰金温度标 ideal-gas temperature scale 理想气体温标 constant-volume gas thermometer 定容气体温度计

工程热力学课后答案..

《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章） 第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p < 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；

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1.4用斜管压力计测量镐炉尾制0道中的再空度〔习题1?斗图）宣子的倾斜角日讥压力计中废用密度咎imitrtg加的水.斜管中阪柱桧M50mm.当地朮气压时仍5mmHg,握部烟道中地气的真空產似ramHiO表示）屋熒时压J] ｛用Pa表示h 解=馳式压力计上慷数艮加气的真空厦 附-p glanSO*-150^10 O3kg/m3 K?.8l m/s3-l50K9.8lPa 呦气的绝对压力 卫円交* 13.蝕5mmH150mmH ^0-10114.2 mmH a O-C.99侈10J Pa 1-4 例1如图「已如大\B^b=10132SPa R□型管内汞柱高度Z/=300inin T%怵我B读数为□.2S43MP1,求土蛊室压力卩圭及吒医表盏的读数"丄. A 1 1"B◎ c!.R l" u 解:PB =Pb +PeS =101325Pa ^O r2543xlp fr Pa =355600Pa % 解：P B^P^P.3 = 101325Pa+0.2543 106Pa = 355600Pit P厂烬+ p B =(133.32 ?< 300) Pa + 35 5600Pa =0,3956MPa P A =Pb +P M p諒=P A~P b=0.3956MPa-0.101325MPa = 0.2943MPa 强调： Ph是测压仪表所在环境压力

1-10某空调器输入功率L5kWffi 向环境介质输出轴量5.lkW,求空调器的制拎乘数. 解；制冷遽囁 毎严叫=5.1kW-1.5kW^3J 6kW 制羚系数 4 3.6kW ￡ =」= ------------- = 2.4 此 1.5kW 2-4 臬种理想气体初态时从工鬼叫卩心 K=ei419m 」经过故热膨能过裡，烬态 p 2=170kPa, V 2= 0.2744m\过程戢值变化AW = -fi7?51d 『□釦谨吒体的质呈逛床 ^^r^l2flkJ/(kg K),且肯定也鴉 ⑴热力学能变虽；(2> 量定容比热和气 体常數心. 解：U 由诒的定文式H=U+P V ^J/= AU + 4(pV) = At/ +{p J V J -內叫) 二-67.95U - (170kPii x 0.2744m 3-52OkPaxO.l419m 1) = -40.8 lkJ K) .越R 理想飞捋的社舐 (2)定值想容时 At/ = rm? L A7-.芯H =叫比、所圖 (2)宦值热容时 At/= me, AT, AH = mc p ^T ,所以 此=q -q = 5.20kI/(kg K)-3.123kJ/(kg -K) = 2.077kJ/(ltg ? K) 2-5 AH/At/ j.20kJ/(kg-K) -6T95kJ/(-4O.81kJ) = 3.123kJ/(kgK)

工程热力学习题(第3章)解答

第3章 热力学第一定律 3.5空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为p 1=1bar ，v 1=0.845m 3/kg ，压缩后的参数为p 2=9bar ，v 2=0.125m 3/kg ，设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146.5kJ ，同时向外放出热量55kJ 。压缩机1min 产生压缩空气12kg 。求：①压缩过程中对1kg 空气做的功；②每生产1kg 压缩空气所需的功（技术功）；③带动此压缩机所用电动机的功率。 解：①闭口系能量方程 q=?u+w 由已知条件：q=-55 kJ/kg ，?u=146.5 kJ/kg 得 w =q -?u=-55kJ-146.5kJ=-201.5 kJ/kg 即压缩过程中压气机对每公斤气体作功201.5 kJ ②压气机是开口热力系，生产1kg 空气需要的是技术功w t 。由开口系能量守恒式：q=?h+w t w t = q -?h =q-?u-?(pv)=q-?u-(p 2v 2-p 1v 1) =-55 kJ/kg-146.5 kJ/kg-(0.9×103kPa×0.125m 3/kg-0.1×103kPa×0.845m 3/kg) =-229.5kJ/kg 即每生产1公斤压缩空气所需要技术功为229.5kJ ③压气机每分钟生产压缩空气12kg ，0.2kg/s ，故带动压气机的电机功率为 N=q m·w t =0.2kg/s×229.5kJ/kg=45.9kW 3.7某气体通过一根内径为15.24cm 的管子流入动力设备。设备进口处气体的参数是：v 1=0.3369m 3/kg ， h 1=2826kJ/kg ，c f1=3m/s ；出口处气体的参数是h 2=2326kJ/kg 。若不计气体进出口的宏观能差值和重力位能差值，忽略气体与设备的热交换，求气体向设备输出的功率。 解：设管子内径为d ，根据稳流稳态能量方程式，可得气体向设备输出的功率P 为： 2222f1121213(0.1524)()()(28262326)440.3369 c d P m h h h h v ×=?=?=?× =77.5571kW 。 3.9一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为500kPa ，温度为25℃。充气开始时，罐内空气参数为50kPa ，10℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 解：根据开口系统的能量方程，有： δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s 由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有： d(m·u )=h in ·d m 有： m ·d u +u ·d m=h in ·d m 即：m ·d u=(h in -u )·d m =pv ·d m =R g T ·d m 分离积分变量可得：(c v /R g )·d T /T=d m /m 因此经积分可得：(c v /R g )ln(T 2/T 1)= ln(m 2/m 1) 设储气罐容积为V 0，则：m 1=p 1·V 0/(R g T 1)，m 2=p 2·V 0/(R g T 2) 易得T 2=T 1· (p 2/p 1) R g /cp =283×(500/50)0.287/1.004=546.56 K 3.10一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为1000kPa ，温度为27℃。充气开始时，储气罐内为真空，求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 解：根据开口系统的能量方程，有： δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s 由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有： d(m·u )=h in ·d m

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《工程热力学》 思考题： 1、热力学第一定律的实质是什么？并写出热力学第一定律的两个基本表达式。 答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。热力学第一定律的两个基本表达式为：q=Δu+w；q=Δh+wt 2、热力学第二定律的实质是什么？并写出熵增原理的数学表达式。 答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为：dSiso≥0 。 3、什么是可逆过程？实施可逆过程的条件是什么？ 答：可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功的耗散。 4、过热蒸汽绝热节流，呈现什么节流效应?并说明理由。 答：利用h-s图可知温度降低，呈现节流冷效应。如图：h1=h2；P1>P2；∴t1>t2 5、水蒸汽定压发生过程一般要经历哪些阶段？当压力高于临界压力时又是一个什么样的过程？ 答：水蒸汽定压发生过程一般要经历预热、汽化、过热三个阶段。当压力高于临界压力时水蒸汽定压发生过程没有汽化阶段，汽化是一个渐变过程。 6、系统经历一个不可逆过程后就无法恢复到原状态。 由不可逆过程的定义可知：系统可以恢复到原状态，但系统与外界不能同时恢复到原状态。填空题 1、工质的基本状态参数是(温度，压力，比容) 2、氮气的分子量μ=28，则其气体常数（296.94） 3、气体吸热100kJ，内能增加60kJ，这时气体体积（增大） 4、实现准平衡过程的条件是（推动过程进行的势差为无穷小） 5、根据热力系统和外界有无（物质）交换，热力系统可划分为（开口和闭口） 6、作为工质状态参数的压力应该是工质的（绝对压力） 7、稳定流动能量方程式为(q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS） 8、理想气体的定压比热CP和定容比热CV都仅仅是（温度）的单值函数。 9、氧气O2的定压比热CP=0.219kcal/kgK,分子量μ=32.则其定容比热CV=(0.657)kJ/kgK。 10、气体常数Rg与通用气体常数R之间的关系式为：Rg =（R/M） 11、平衡状态应同时满足（热）平衡与（力）平衡。 12、技术功wt的定义是由三项能量组成，据此技术功wt的定义式可表示为：wt =（mΔc2/2+mg Δz+mws）。 13、热力系与外界间的相互作用有( 质量交换) 和（能量交换)两类。 15、热力系的总储存能为（热力学能）、（宏观动能）与（宏观位能）的总和。 16、开口系进出口处，伴随质量的进出而交换（推动）功。 17、理想气体的定压比热cp和定容比热cv之间的关系式是（cp-cv=R）。 18、多变指数n = (0)的多变过程为定压过程 19、u=cVΔT适用于理想气体的（任何）过程；对于实际气体适用于（定容）过程。 20、推动功等于（pv），热力学能与推动功之和为(焓）。 21、开尔文温标与摄氏温标之间的关系式为：（T=t+273.15）华氏温度换算F=9/5*t+32；绝对压力与真空度之间的关系式为：（Pb-Pv）。 22、卡诺循环是由（两个可逆等温过程和两个可逆的绝热过程）组成的。卡诺效率η=ω/q1=1-T2/T1 ; 23、热力学第一定律的基本数学表达式q=Δu+w适用于（任何）工质，适用于（任何）过程。

工程热力学习题3

1 ?由氧气02与氮气N 2组成的空气：。 2 =21%」N2 =79%,其中氧气的质量分 数 _______ 。 A 「02 二 02 0.21 x 287 ''02 0.21 疋 287 +0.79 疋 288 2 ?由某种x 气体与某种厶气体组成的混合气体，参数为 p 、V 、T ,已知其中x 气体的分压力p x ，分体积V x ,混合气体中x 气体的状态方程 ____________________ 。 题解：混合气体中某一种气体状态的描述，若采用 p 时，对应的是V,T 状 态；若采用V i 时，对应的是p,T ，因此，混合气体中某一种气体状态方程可以有 两种方式表示： P xV = m x R gx T, pV x 二 m x R g X T 0 3?刚性容器中有某种理想气体，参数 p 1、V 1、「，现定温充入另一种x 气 题解：充入x 气体后，容器中为混合气体，总压力为 p^ p 1 p x ，x 气体 的分压力P x 二P 2 -P 1，混合气体中x 气体的状态方程P x V 二m x R gx T ， _(P 2 - pOV m x R gx T 4?刚性容器中原有某种理想气体，参数 p 1、V 1、T 1，现定温充入第二种气 体，使容器中的压力升到P 2，容器中现贮气体 题解：混合气体质量分数与容积分数间 i M i x i M i i 4 0.21 32 B ， O2 0.21 汉 32+ 0.79 疋 28 28 D :- 0.21 A P x V x =mi x R gx T B P x V=mRJ C pV^m x R g x T pV -m x R gx T 体，使容器中的压力升到 P 2，充入的气体质量 m x P 2V R gx T 1 m x'PZW R gx T 1 m x (P 2 - P 1)V R gx T P 1V R g1T

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一、 第一定律 1、一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 Q=W+ΔU 过程 热量Q （KJ ） 膨胀功 W(KJ) 内能变化 ΔU （KJ ） 1—2 1000 0 1000 2—3 0 200 -200 3—4 -750 -750 4—1 0 0 0 2、四种功的关系，及做功来源 做功根源：△ c 2/2，g △z ，w s ，△(pv) 二、理想气体 1、容积 V =0.5m 3 的空气初压 p1=0.3MPa ，初温t1 =150℃，经可逆多变膨胀过程到终态p2 =0.08MPa ， t2 =20℃，求：过程中热力学能、焓及熵的变化量.（空气作为理想气体，其比热容可取定值，气体常数 =287J/(kg.K)； =1005 J/(kg.K)） 1、解： q u w =?+t ()t q h w u pv w =?+=?+?+2 t 1 2s w c g z w =?+?+()t w pv w =?+

kg J/(kg.K) kJ kJ J 2、有5kg的空气，初态时T 1 =477K,P 1 =0.32Mpa，经可逆定容加热，终温T 2 =600K. 设空气为理想气体，求过程功及过程热量（Rg =287J/( kg·K)，=1.005 k J/( kg·K)） 2、kJ kJ kJ/K 定容加热，过程功为 0 ，过程热量kJ 三、第二定律 1、有人声称已设计成功一种热工设备,不消耗外

功,可将65 ℃的热水中的20%提高到95 ℃,而其余80%的65 ℃的热水则降到环境温度15 ℃,分析是否可能? 若能实现,则65 ℃热水变成95 ℃水的极限比率为多少?已知水的比热容为4.1868kJ/kg.K 1、解：热一律, 热平衡，设有1kg 65 ℃的热水 m kg 从65 ℃提高到95 ℃, 吸热 (1-m )kg 从65 ℃降低到15 ℃, 放热 热二律 取孤立系 解得 368.15288.15 ln (1)ln 338.15338.15 cm c m =+-[] (9565)(1)(1565)288.15 cm c m --+--+ iso mkg (1-m)kg 0 S S S S ?=?+?+?=环境iso mkg (1-m)kg S S S S ?=?+?+?环境 =0.6249m =

工程热力学简答题电子版

工程热力学习题A 一、简要问答题 1.工程热力学的研究对象主要是什么？ 答：工程热力学的研究对象主要是能量转换，特别是热能转化为机械能的规律和方法，以及提高转化效率的途径，以提高能源利用的经济性。 2.热能的利用有哪两种基本的利用形式，并举例说明？ 答：一种是热能的直接利用，如冶金，化工，食品等工业和生活上的应用，另一种是热能的间接利用，如把热能转化成机械能或电能为人们提供动力。 3.何为工质？如何采用气体而不采用液体或固体作为热机的工质？ 答：工质是指在热机中工作的借以实现将热能转化成机械能的媒介物质，因气体的膨胀性与压缩性远比液体、固体要好，所以热机中的工质是采用气体，而不采用液体，更不能采用固体。 4.功量与热量有何不同和相同之处？ 答：相同之处：（1）都是过程量，而不是状态参数；（2）都是工质与外界交换的能量；（3）可逆过程都可图示。 不同之处：（1）功量是有序能（机械能）即功量是有规则的宏观运动能量的传递，在做功过程中往往伴随着能量形态的转化，而热量是无序能（热能）即热量是大量微粒子热运动的能量传递，传热过程中不出现能量形态的转化。（2）有功转换的动力是压差，而有热交换的动力是温差，（3）功量与热量的计算表达式不同。（4）功量可在p-vt图上图示，而热量是在T-s图上图示。 5.写出热力系统第一定律的文字表达？ 答：热力学第一定律的文字表述：热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生相应量的功，消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。 6.写出1Kg工质的焓的符号与定义式及其能量含义，并指出焓是过程量还是状态参数。答：焓的符号是h，其定义式是h=u+pv，其能量含义是系统中因引进1kg工质而获得的总能量是热力学能u与推动功pv之和，焓是状态参数，而不是过程量。 7.何为理想气体，并举例指出什么气体可视为理想气体？什么气体不能视为理想气体？ 答：理想气体是指其分子是具有弹性的，而不具有体积的质点，分子间没有相互作用力的假想气体。工质中常用的氧气、氮气、氢气等及空气，燃气，烟气等在通常使用的温度，压力下都可作为理想气体。而水蒸气，制冷装置中的工质，如氟利昂汽等不能看做理想气体。 8.指出Rg，R的名称，单位，以及其值是否与气体种类及气体的状态有关？ 答：Rg称为气体参数，其单位是J/Kg*K，其值取决于气体种类，而与气体所处状态无关，R称为摩尔气体常数，也成为通用气体常数，其单位是J/mol*K，其值即于气体种类也与气体所处状态无关。 9.为何说四个基本的热力过程是多变的过程的特例？ 答：四个基本的热力过程，是指1定容过程，其过程表达式是V=c；2定压过程，其过程表达式是P=c；3定温过程，其过程表达式是T=c；4定熵过程，又称绝热过程，其过程表达式S=c。 因多变过程方程式是PV n=常数，当n=0时，pv0=常数→p=常数，这是定压过程方程式。 n=1时，pv1=常数→pv=常数，这是定温过程方程式。n=k时，pv k=常数，这是绝热过程方程式（即定熵过程方程式）；n→±∞时，P1/n*v=常数→v=常数，这是定容过程方程式。所以说，四个基本的热力过程是多变过程的特例。 10.为何说可逆绝热过程一定是定熵过程？

工程热力学—2 热力学第一定律

2 热力学第一定律 2.1 热力学第一定律的内容 2.1.1 热力学第一定律 热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象上的应用。能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它指出：自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转变过程中，一定量的一种形态的能量总是确定地相应于另一种形态的能量，能的总量保持不变。这一在现代看来非常明显，非常质朴的定律，是人类经过很长时期的生活和生产实践才认识的。人类对热的本质的认识，从热素说发展到分子动理论，用了几千年。1840～1851年间，经过迈耶、焦耳等人的努力，才确立了这一定律。 对于任何一个热力系统，热力学第一定律可以表达成： 进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化（2－1） 2.1.2热力学能（内能，internal energy） 某一热力系统与外界进行功（W）和热量（Q）的交换时，将引起系统内贮存的全部能量––––总能量E的变化。 系统贮存的总能量包括：系统工质做宏观运动时的动能E K；系统工质在有势场（重力场、电磁场等等）中处于一定位置时具有的势能（位能）E P；和系统工质内部物质运动所具有的能量––––热力学能U。（国家标准《量和单位》GB3100––93系列中规定物理量“内能”由“热力学能”取代，但相当多的一批学者认为这个规定有问题。）Internal energy——内能，即内部贮存能，它的大小不需要系统外边的参照物，只由系统工质自身的性质来决定。而动能和势能大小的确定必须有外部参照物做基准，所以动能和势能又称为外部贮存能。 热力学能是工质内部物质运动所具有的能量，工质内部物质运动形式有热运动、分子间相互作用、原子间作用（化学反应）、核子间作用等等①。在工程热力学讨论范围内，一般不考虑原子间作用（化学反应）、核子间作用等等，所以关于热力学能我们仅仅考虑热运动和分子间相互作用的部分。 分子的热运动形成内动能。包括分子的移动、转动和分子内原子振动的动能。温度与分子运动速度成正比，温度越高，内动能越大。 分子间相互作用力形成内位能（内势能）。内位能与分子间的平均距离有关，即与工质的比体积有关。温度升高，分子运动加快，碰撞频率增加，进而使分子间相互作用增强，所以内位能也与温度有关。 因此，工质的热力学能决定于工质的温度T和比体积v，也就是决定于工质所处的状 ①在这个意义上，热力学能包括化学能和核能。“热力学能”显然是按学科命名，但是小学科热力学包括了大学科化学，有点滑稽。另外，化学能实际是来源于化学键，与学科无关，其他能的命名也与学科无关，所以热力学能的命名很不恰当。第三，在国际交往中也可能产生障碍，尤其是稍稍懂点中文的外国人理解起来还真不容易。